1. Теоретические сведения

Якорь, лежащий на грунте, способен обеспечить расчетную держащую силу лишь при условии, что веретено якоря сохраняет горизонтальное положение. Если же под влиянием натяжения цепи веретено приподнимается, то держащая сила резко уменьшится и якорь может поползти.

Якорный канат при отданном якоре имеет форму математической кривой, называемой цепной линией. Такую форму принимает гибкая тяжелая нерастяжимая нить, подвешенная в двух точках(якорный канат представляет собой одну ветвь цепной линии). Чтобы веретено якоря не отрывалось от грунта, длина вытравленного якорного каната должна быть не меньше определенного, минимального значения, при котором веретено цепной линии совпадает со скобой якоря (вершиной цепной линии называется нижняя ее точка, в которой касательная направлена горизонталь).

Безопасная якорная стоянка выбирается с учетом навигационных и гидрометеорологических характеристик. При этом принимаются во внимание глубины, защищенность от ветра и волнения, размеры акватории, наличие течений и приливоотливных явлений, рельефа дна и характер грунта, наличие навигационных ориентиров, состояние погоды и ее прогноз, близость навигационных опасностей и многое другое.

Безопасность якорной стоянки в значительной степени определяется характером Грунта, от которого зависит держащая сила якоря. Хорошими свойствами в этом отношении обладают песчаные и илисто-песчаные грунты. Ил и глина тоже хорошо держат якоря, но обладают свойством засасывания, что затрудняет отрыв якоря от грунта при съемке. Кроме того, якоря забиваются грунтом и после срыва плохо забирают. Особенно неблагоприятными для якорной стоянки следует считать каменистые грунты, состоящие из валунов, крупных скал или плит. На таких грунтах якоря легко скользят, и судно может дрейфовать со значительной скоростью. Если при этом якорь неожиданно заклинится, то может произойти обрыв якорного каната или поломка якоря. На судно, стоящее на якоре на глубине Н действует внешняя горизонтальная сила. Эта сила действует также на любую точку якорной цепи как горизонтальная составляющая ее натяжения.

Проверка безопасности якорной стоянки сводится к решению трех отдельных задач:

• Определению минимальной длины якорной цепи, при которой исключается дрейф судна в конкретных условиях якорной стоянки;

• Расчету границ сектора, в котором будет перемешаться судно в случае изменения направления ветра (течения);

• Принятию мер по предотвращению дрейфа.

Первая задача практическое значение имеет в том случае, когда якорная стоянка носит кратковременный характер и осуществляется в благоприятных условиях, а последующая съемка с якоря должна быть выполнена как можно быстрее.

В этих условиях можно принять, что внешние силы, действующие на судно во время стоянки, остаются постоянными по величине и направлению и, следовательно, судно не подвержено рысканию. С учетом принятых допущений для обеспечения стоянки судна на якоре без дрейфа необходимо, чтобы сумма внешних сил не превышала держащую силу якоря. Внешними силами, действующими на стоящее на якоре судно, являются сила ветра Р_В и сила течения Р_Т (рис. 1).

Рис 1. Схема сил, действующих на судно, стоящее на якоре

Эти силы уравновешиваются натяжением якорной цепи Т₀, которое передается якорю цепью в точке ее присоединения к нему. Чтобы якорь не выворачивался из грунта и полностью использовалась его держащая сила, натяжение якорной цепи в точке ее присоединения к якорю не должно иметь вертикальной составляющей, т.е. Т_Х=Т. Для этого якорь должен находиться в той точке цепной линии, по которой провисает якорная цепь, где касательная к ней будет направлена параллельно грунту.

Таким образом, при благоприятной погоде для обеспечения якорной стоянки необходимо, чтобы держащая сила якорного устройства Т_Д должна быть больше, чем горизонтальная равнодействующая силы ветра и силы течения

Т_Х=Р_В+Р_Т≤Т_Д (1)

Сила от ветра Р_В зависит от направления, скорости ветра и от площади парусности судна. Наибольшая площадь парусности судна принимается при курсовом угле ветра q_w = 30°.

Удельное давление ветра в зависимости от скорости можно определить по шкале Бофорта в табл. 1.

Таблица 1 - Скорость и давление ветра по шкале Бофорта

Ветер		Сила	Скорость ветра, VВ м/с		Удельное давление р, Па(Н/м2), в скобках (кгс/м2)	Средняя высота волны в открытом море,hВ м (в скобках max высота)
		ветра, баллы	10 м над уровнем моря	При шквале
Штиль	(Calm)	0	0-0,2	0,4	0	-
Тихий	(Light air)	1	0,3-1,5	3,0	2 (0,2)	0,1 (0,1)
Легкий (	(Light breeze)	2	1,3-3,3	6,2	5 (0,5)	0,2 (0,3)
Слабый	(Gentle breeze)	3	3,4-5,4	9,6	21 (2,2)	0,6 (1)
Умеренный	(Moderate breeze)	4	5,5-7,9	13,6	44 (4,5)	1 (1,5)
Свежий	(Fresh breeze)	5	8,0-10,7	17,8	59 (6,0)	2 (2,5)
Сильный	(Strong breeze)	6	10,8 -13,8	22,2	108 (11)	3 (4)
Крепкий	(Near gale)	7	13,9-17,1	26,8	167 (17)	4 (5,5)
Очень крепкий (Gale)		8	17,2-20,7	31,6	245 (25)	5,5 (7,5)
Шторм	(Strong gale)	9	20,8-24,4	36,7	353 (36)	7 (10)
Сильный шторм (Storm)		10	24,5-28,4	42,0	461 (47)	9 (12,5)
Жестокий шторм (Violent storm)		11	28,5-32,6	47,5	628 (64)	11,5 (16)
Ураган	(Hurricane)	12	>32,7	60	>725 (>74)	14 (-)

Удельное давление ветра представляет собой "скоростной напор ветра" и пропорционально квадрату скорости ветра, поэтому в диапазоне 5÷12 баллов, т.е. при средней скорости V_В > 8 м/с можно применить приближенную зависимость для удельного давления ветра

Сила давления ветра на надводную часть корпуса определяется по формуле:

где S_бок -площадь проекции надводной части на диаметральную плоскость, м²;

S_лоб - площадь проекций надводной части на плоскость мидель-шпангоута, м²;

q_W- курсовой угол ветра, при расчетах рекомендуется принять равным 30°;

ρ - удельное давление ветра определяется по таблице 1 в зависимости от скорости ветра (замечание: при подстановке ρ в Па получим силу в Н);

К_B - коэффициент воздушного сопротивления, изменяющийся от 0,6 (при отсутствии рыскания) до 1,0. В расчетах следует принимать значение, которое приближает нас к опасности.

Сила от течения Р_Т зависит от скорости и направления течения. Максимальная скорость сильных устойчивых течений Мирового океана может достигать 4 - 5 уз, скорость приливо-отливных течений ограничена теми же пределами, на мелководье даже при сильных ветрах скорость течения не превышает 0,2 - 0,4 м/с, это позволяет с достаточной для практики точностью принять, что волновое и остаточное сопротивления подводной части корпуса судна равны 0.

Сила от течения пропорциональна квадрату его скорости, она зависит от сопротивления трения корпуса судна и сопротивления застопоренных винтов:

где К_T - коэффициент сопротивления корпуса, изменяется от 1 до 1,3 в зависимости от угла дрейфа судна на течении;

V_T - скорость течения, м/с;

Ω - площадь смоченной поверхности (wetted surface), наиболее точно определяется по гидростатическим таблицам судна (Hydrostatic tables) в зависимости от осадки судна. Для расчета Ω можно использовать приближенные формулы:

, при C_B≤0,7

, при C_B≥0,7

,

где L,B,T- длина, ширина и средняя осадка судна;

∆ - весовое водоизмещение судна, т;

С_В- коэффициент общей полноты корпуса судна (block coefficient) определяется по гидростатическим таблицам, либо по зависимости

C_B = ∆/(1,025 LBT).

Застопоренные винты увеличивают сопротивление корпуса судна ориентировочно на 30%, поэтому после учета R_зв в формуле (4) получают выражение в Н: